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액체에 대한 기체용해도의 몇 가지 관점(Some Aspects of the Solubility of Gases in Liquids)

전문가 제언: □ IUPAC 용해도 데이터 시리즈 출판된 77권중에 21권이 기체들에 대한 데이터를 포함하고 있다. 그 기체의 용해도는 액체상용매의 본성은 물론 기체의 부분압과 온도에도 의존된다. 그 기체의 부분압이 아주 낮은 경우는 그 부분압에 따른 기체의 용해도는 부분압에 정비례하는데 이를 Henry법칙이라 하고 그 직선형변화의 비례상수를 Henry법칙 상수라고 한다.

□ 따라서 Henry법칙 상수들은 낮은 부분압력에서 더욱 정확하게 용해도를 계산하기 위해 편리하게 사용될 수 있다. 일정한 기체의 부분압력에서 그 기체의 용해도는 온도의 상승에 따라서 감소 또는 증가 된다. 물에 대한 N2의 최소 용해도는 1atm의 N2부분압에 대하여 약 370K에서 생기고 H2와 H2S의 경우 그 최소치는 각각 약 327과 450K에서 생긴다.

□ IUPAC 또는 그 밖의 간행물들의 실험적 용해도 데이터에도 불구하고 다른 화학적·물리적 성질들로부터 용해도를 예측하는 것은 상당히 흥미로운데 그 한 가지 이유는 분자들의 성질로부터 용해도를 결정할 수 있다는 욕구이고, 다른 하나는 믿을만한 용해도를 직접 측정하는 것이 불가능할 때 기체들에 대한 용해도예측의 필요성 때문이다.

□ 필요한 온도에서 순수한 액체 또는 고체로만 존재하는 기체들의 Henry의 법칙상수들은 그 순수한 고체 또는 액체의 증기압 및 그 고체 또는 액체의 용해도로부터 그 기체의 용해도를 계산해낼 수 있다. 만약 한 화합물의 수용액이 그 고체 또는 액체화합물과 평형을 이룬다면 그 용액위의 기체상에서 그 화합물의 휴가시티는 그 순수한 화합물위의 기체상에서 휴가시티와 같다고 가정할 수 있다.

□ 휴가시티는 대략적으로 증기압과 같다고 가정하는 것은 일반적으로 가능하다. 이것은 한 수용액상에서 기체의 농도 cw에 대한 증기압 P의 비를 계산하는 좋은 방법을 제공한다. 만약 그 증기압과 그 농도가 상당히 낮다면, 이비는 수용액에 대하여 Henry의 법칙상수를 예측하는데 가장 믿을만한 방법이 된다.

□ 믿을만한 용해도 데이터는 연구와 공업의 많은 양상으로 응용되는 필수적인 값들이다. 기체들의 경우에 한 가지 중요한 분야는 대기화학의 분야이다. 안개방울들에 대하여 대기들의 거동을 이해하고 예측하기위하여 그 흔적기체들에 대한 믿을만한 용해도 데이터를 필요로 하기 때문이다.

□ 이 목적을 위해 필요로 하는 것은 그 기체의 부분압에 대한 수용성매체에 그 기체의 용해도 비이다. 부분압이 보통 대단히 낮기 때문에 이것은 이비의 한계 값인 Henry의 법칙상수와 같아질 수 있다. 이비는 본질적으로 한 평형성질이다. 이 평형이 도달되는 그 속도는 자주 실질적으로 중요한데 이는 특히 대기화학의 응용에서 중요하다.

□ 액체에 대한 기체의 용해도는 Henry의 법칙과 그 상수들로서 설명될 수 있는데 모든 청량음료들의 생산이 거의 그 용해도와 직접적인 관계가 있다. 즉 탄산가스의 부분압을 높여 물에 용해시키고 호프, 조미료, 과즙, 설탕, 향료 등을 가한 것이 맥주, 사이다, 콜라, 탄산수 등의 청량음료들에 해당한다.

□ 최적의 음료에 대응하는 기체용해도 선정과 그 용해도 조절은 청량음료산업을 한 단계 업그레이드 시킬 수 있는 기본원리가 된다. 이 리뷰가 특수음료 생산문제에 대한 해결의 열쇠를 제공할 것으로 믿으며, 또한 대기화학의 문제 해결에도 활용되고, 그 밖에 기체용해도에 과한 모든 화학․물리문제들의 해결에 기초가 될 것이다.

저자: Fogg, Peter G. T.
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